- Eurorack의 좁은 패널에서 노브와 패치 케이블 공간을 함께 줄이기 위해, 3.5mm 잭과 자기 엔코더를 결합한 하이브리드 입력 프로토타입을 만듦
- 핵심은 AS5600 자기 엔코더가 플러그 속 자석의 각도와 자기장 세기를 읽고, 이를 I2C로 가져와 노브 회전과 장착 여부를 판단하는 방식임
- TRS 플러그 끝에는 2mm × 1mm 네오디뮴 자석을 넣고, TRS 소켓 아래 PCB에는 AS5600, CH32V003, LED 표시 회로를 배치함
- 자석 노브가 꽂히면 자기장 세기가 4095 스케일에서 약 2000으로 읽히고, 일반 패치 케이블은 0 또는 가끔 1이라 구분이 가능했음
- 모든 컨트롤에 적용해야 가치가 커지는 구조라 상용화는 불확실하지만, 동축 TRS 잭이 달린 기계식 포텐셔미터는 기존 회로 변경이 적은 현실적 대안으로 남음
노브와 패치 케이블을 합치는 발상
- Eurorack에서는 작은 케이스에 더 많은 모듈을 넣으려다 보니, 하드웨어 조작감이라는 장점이 패널 공간 때문에 희생되기 쉬움
- 이 프로토타입은 3.5mm 잭 앞에 자기 엔코더 칩을 두고, 플러그 안의 작은 자석을 회전시켜 노브와 패치 케이블의 하이브리드처럼 동작하게 함
- 목표는 어떤 노브든 뽑아 패치 케이블로 쓰고, 어떤 잭이든 노브를 꽂아 고정값을 설정할 수 있는 신시사이저 구성임
자석 노브 제작
- TRS 플러그 끝을 Dremel 절단 디스크로 잘라 슬롯을 만들고, 그 안에 작은 네오디뮴 자석을 붙임
- 자석 크기는 지름 2mm, 두께 1mm
- 두께 2mm 자석도 샀지만 더 넓은 슬롯이 필요해 더 정밀한 절단 방식이 필요했음
- 접착에는 중간 점도의 시아노아크릴레이트 접착제를 사용했고, 굳은 뒤 남은 접착제는 면도날로 긁어냄
- 플러그의 나사산 부분과 금속 탭을 다듬은 뒤, 3D 프린트한 필러 부품을 넣어 뒤쪽을 곧은 원통 형태로 만들고 노브를 장착함
- 3D 프린트 플라스틱이 약간 유연해 세트 스크루가 파고들며 단단히 고정됨
AS5600 기반 회로 설계
- 사용한 자기 엔코더는 AS5600이며, 브레이크아웃 보드로 쉽게 구할 수 있고 I2C 인터페이스가 있어 프로토타이핑에 적합함
- AS5600은 XY 구성의 홀 센서 2개와 DSP로 각도와 자기장 세기를 제공함
- 칩에는 PWM 출력과 DAC가 있지만, 아날로그 전압을 얻으려면 I2C 설정이 필요한 것으로 보여 테스트에서는 각도도 I2C로 읽음
- TRS 소켓 아래에 AS5600을 넣기 위해 보드를 설계함
- 일반적인 수직 장착 TRS 소켓은 플러그 끝과 PCB 평면 사이의 여유가 거의 없음
- 관통 핀이 충분히 길어 소켓을 보드에서 들어 올릴 수 있었고, 1.6mm FR4 보드가 높이 약 1.47mm인 AS5600을 위한 스페이서처럼 쓰임
- 두 번째 소켓 풋프린트에는 칩을 위한 컷아웃을 넣음
- PCB 외곽은 2mm 엔드밀을 염두에 두고 KiCad에서 정확히 모델링해, 보드 제조사가 내부 코너를 임의로 해석하지 않도록 함
표시와 입력 보호 회로
- 보드에는 CH32V003과 여러 LED를 추가해 값을 표시할 수 있게 함
- 0–5V 신호를 0–3.3V로 낮추기 위해 클램핑 다이오드와 약 100K 입력 임피던스를 넣음
- 저항 구성은 33K와 66K 전압 분배임
- 엔코더 칩이 소켓 아래에 묻히므로, 필요할 때 각 핀을 프로빙할 수 있도록 아래쪽 패드도 추가함
- 제작한 PCB는 중국에 주문했고, 이후 조립과 테스트를 진행함
조립과 동작 확인
- 조립할 때는 AS5600이 패드 중앙에 정확히 오도록 특히 신경 씀
- 보드의 아래쪽 부분을 떼어내고 탭을 다듬은 뒤, 정렬 핀 위치에 와이어를 납땜해 위쪽 보드와 결합함
- 그 위에 TRS 소켓을 납땜해 소켓 아래 자기 센서 구조를 완성함
- CH32V003 프로그래밍은 일반적인 절차로 진행했고, I2C, ADC, LED 그래프 표시를 조정함
- AS5600의 자기장 세기 값으로 노브 존재 여부를 감지할 수 있음
- 자석 노브 연결 시 세기는 최대 4095 스케일에서 약 2000
- 일반 패치 케이블은 0 또는 가끔 1
- 일반 케이블은 대체로 비철 금속으로 만들어져 혼동이 없었음
실제 제품으로 만들 때의 한계
- 프로토타입 결과에는 만족하지만, 이 방식을 더 발전시킬 계획은 없음
- 실제 모듈러 신시사이저에 쓰려면 모든 컨트롤에 같은 원리를 적용해야 가치가 커지고, 그러면 다른 사람의 모듈을 쓰기 어려워짐
- 기존 모듈은 실제 포텐셔미터를 기대하는 경우가 많아, 전압만 만들 수 있는 엔코더로는 쉽게 포팅하기 어려움
- 전압 제어 포텐셔미터와 결합하면 동작할 수 있지만 비용이 더 커짐
- 특허는 비용이 많이 들고 진행할 의지가 없어 시도하지 않음
- 자기 방식의 상업적 가능성은 불확실하지만, 동축 TRS 잭이 달린 포텐셔미터는 기존 회로도를 바꾸지 않아도 되고 하이브리드 노브를 눈으로 구분할 수 있어 더 현실적인 기계식 해법으로 봄
- 프로젝트의 하드웨어와 소프트웨어 소스는 github와 git.mitxela.com에 공개되어 있음